Генерация объемной плазмы в разрядах низкого давления с полым катодом для азотирования поверхности металлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат наук Лопатин, Илья Викторович

• Лопатин, Илья Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Лопатин, Илья Викторович

Оглавление

Введение

Глава 1 Оборудование и методы плазменной химико-термической обработки поверхности материалов и изделий

1.1. Химико-термическая обработка поверхности в плазме тлеющего разряда

1.1.1. Метод ионного азотирования поверхности в плазме тлеющего разряда

1.1.2. Метод ионно-плазменного азотирования поверхности в плазме тлеющего разряда с активным экраном

1.1.3. Метод ионно-плазменного азотирования поверхности в плазме тлеющего разряда с двойным активным экраном

1.1.4. Метод ионно-плазменного азотирования поверхности в плазме тлеющего разряда с использованием сеточного противокатода,

1.1.5. Метод генерации плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом большой площади

1.2. Химико-термическая обработка поверхности в плазме разряда с накаленным катодом

1.3. Ионно-плазменное азотирование поверхности с использованием плазмы вакуумно-дугового разряда

1.3.1. Метод ионно-плазменного азотирования поверхности с использованием плазмы дугового источника с интегрально холодным полым катодом

1.3.2. Метод ионно-плазменного азотирования поверхности с использованием плазмы двухступенчатого дугового разряда

1.4. Ионно-плазменное азотирование поверхности с использованием плазмы электронного пучка

1.5. Выводы по главе 1

Глава 2 Генерация плазмы в дуговом разряде с накаленным катодом при низких давлениях

2.1. Устройство и принцип работы плазмогенератора с накаленным катодом

2.2. Методика исследований характеристик несамостоятельного дугового разряда с накаленным катодом и параметров плазмы этого разряда

2.3. Исследование несамостоятельного дугового разряда в электродной системе плазменного источника с накаленным катодом

2.3.1. Периодический характер работы плазмогенератора с накаленным катодом

2.3.2. Характеристики разряда и параметры плазмы, генерируемой плазмогенератором с накаленным катодом

2.4. Выводы по исследованию режимов горения несамостоятельного разряда с накаленным катодом и измерению параметров его плазмы

Глава 3 Генерация плазмы в тлеющем разряде с полым катодом большой площади при низком давлении

3.1. Описание экспериментальной установки по изучению зажигания и режимов горения тлеющего разряда с полым катодом большой площади

3.2. Методика измерения радиальной и азимутальной однородности тока, приходящего на зонд, находящийся под потенциалом катода

3.3. Методика измерения плотности ионного тока на катоде и величины эффективного коэффициента вторичной электронной эмиссии у в электродной системе основного разряда

3.4. Методика измерения параметров плазмы основного разряда

3.5. Основной разряд в самостоятельном режиме горения

3.5.1. Исследование характеристик основного разряда в самостоятельном режиме горения

3.5.2. Параметры плазмы основного разряда в самостоятельном режиме горения

3.6. Основной разряд в несамостоятельном режиме горения

3.6.1. Исследование характеристик основного разряда в несамостоятельном режиме горения

3.6.2. Параметры плазмы основного разряда в несамостоятельном

режиме горения

3.7. Выводы по исследованию режимов горения тлеющего разряда с полым

катодом большой площади и параметров его плазмы

Глава 4 Комплексная вакуумная ионно-плазменная обработка поверхности материалов и изделий в плазме разрядов низкого давления

4.1. Описание установки для комплексной ионно-плазменной обработки поверхностей деталей и изделий «ДУЭТ»

4.1.1 Назначение и основные характеристики установки «ДУЭТ»

4.1.2.Технологические возможности установки «ДУЭТ»

4.2. Описание установки для комплексной ионно-плазменной обработки поверхности деталей и изделий «КВАДРО»

4.2.1 Назначение и основные характеристики установки «КВАДРО»

4.2.2 Технологические возможности установки «КВАДРО»

4.3. Очистка и нагрев образцов и деталей

4.4. Ионно-плазменное азотирование в плазме разряда с накаленным катодом

4.5. Комбинированная ионно-плазменная обработка (азотирование +напыление)

4.6. Исследование однородности нагрева деталей в плазме тлеющего разряда с полым катодом большой площади в несамостоятельном режиме горения

4.7. Азотирование сталей в плазме тлеющего разряда с полым катодом большой площади

4.8. Азотирование титановых сплавов в плазме тлеющего разряда с полым катодом большой площади

4.9. Выводы по главе 4

Заключение

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Генерация объемной плазмы в разрядах низкого давления с полым катодом для азотирования поверхности металлов»

Введение

Актуальность темы.

В последнее время в промышленности все большее применение находят вакуумно-плазменные технологии модификации поверхностности материалов и изделий. Такие технологии включают в себя напыление функциональных покрытий, азотирование поверхности, имплантацию ионов и другие процессы, позволяющие существенно улучшить свойства поверхности и, как следствие, повысить ресурс изделий в целом. При реализации данных технологий возникает необходимость получения плотной низкотемпературной плазмы, для генерации которой обычно используются тлеющий разряд, ВЧ- и СВЧ- разряды, вакуумный дуговой разряд, а также разряд низкого давления с накаленным катодом.

Наиболее распространенный, на данный момент, в промышленности ионно-плазменный метод азотирования - это азотирование поверхности в плазме тлеющего разряда. Этот метод относится к химико-термическим и позволяет производить однородную обработку крупногабаритных, массивных деталей, повышая их износо-и коррозионную стойкость. Однако, в силу того, что обработка производится при давлениях ~ (100 - 500) Па в столкновительном режиме, применение данного метода исключает эффективную ионную очистку обрабатываемой поверхности, что существенно замедляет химико-термический процесс обработки. Кроме того, азотирование в плазме тлеющего разряда требует введения в рабочую газовую смесь водорода, либо водородсодержащих газов, для химического связывания остаточного кислорода, образующего оксиды на обрабатываемой поверхности. Это усложняет эксплуатацию устройств, основанных на данном типе разряда, и повышает требования к безопасности и экологичности производства.

Применение ВЧ- и СВЧ- разрядов для модификации поверхности материалов и изделий в последнее время становится все более распространенным, однако до сего момента окончательно не решены проблемы связанные с высокой стоимостью оборудования такого типа, сложностью его эксплуатации, а главное, с масштабированием данных методов обработки для модификации поверхности крупногабаритных изделий.

Дуговые разряды непрерывного действия позволяют получать газоразрядную

15 18 3 3

плазму с высокой концентрацией (10 - 10 ) м" в объемах до нескольких м . В сочетании с широким диапазоном рабочих давлений и низким напряжением горения, такой разряд дает возможность организовать различные типы ионно-плазменной модификации поверхности материалов, таких как ионное азотирование без введения водорода, низкоэнергетическая ионная имплантация, очистка и активация поверхности перед нанесением покрытий, а также ассистирование ионами реактивного или инертного газа в процессе нанесения функциональных покрытий. Однако наличие в плазменном потоке микрокапельной фракции ограничивает использование данных устройств в технологических процессах и требует разработки сложных систем сепарации плазменного потока от микрокапель. Кроме того, в таких системах однородность обработки достигается путем вращения и перемещения обрабатываемых деталей, а энергия бомбардирующих модифицируемую поверхность ионов задается отдельным источником электрического смещения, что усложняет конструкцию таких систем и ограничивает сферу их применения. Существенным ограничением при использовании таких систем является также то, что минимальный разрядный ток в таких системах ограничивается критическим током катодного пятна, и составляет десятки ампер, что не всегда приемлемо.

Использование разряда низкого давления с накаленным катодом обеспечивает генерацию плазменного потока без микрокапель. Кроме того, такие системы позволяют работать при уровнях разрядного тока от долей ампера до сотен ампер, что обеспечивает широкий диапазон регулирования плотности плазмы. Диапазон рабочих давлений таких систем находится в пределах от 0.01 Па до 5 Па и позволяет эффективно осуществлять ионную очистку и ионно-плазменное азотирование, а также ионно-плазменное ассистирование при дуговом напылении покрытий. При реализации такого процесса напыления возможность независимой регулировки плотности тока газовых ионов позволяет регулировать как интенсивность ионной бомбардировки, так и стехиометрический состав покрытия. В случае совместной работы источника газовой плазмы и магнетрона наблюдаются эффекты влияния газовой плазмы на работу магнетрона. При этом воздействие большого количества

газовых ионов на растущую пленку в процессе нанесения покрытий изменяет кинетику процесса роста пленки и, как следствие, структуру полученного покрытия, и расширяет возможности использования метода магнетронного напыления. Все это определяет перспективы широкого использования разряда с накаленным катодом в системах эффективной генерации плотной низкотемпературной плазмы. Основным недостатком таких систем является малое время непрерывной работы накаленного катода, которое при токах разряда в сотни ампер составляет 8-10 часов. В настоящее время источники газоразрядной плазмы низкого давления с накаленным катодом применяются как в научных исследованиях, так и в различных технологических процессах. Причем эффективность использования таких источников зависит не только от параметров создаваемой ими плазмы, но и от общей проработанности их конструкций, что определяет надежность и долговечность технологического оборудования. В этой связи, решение проблем, связанных с увеличением срока службы накаленного катода и обеспечением надежного зажигания и устойчивого горения разряда в широком диапазоне рабочих давлений определяет актуальность исследований и увеличивает возможность включения работы этих источников в автоматические циклы обработки как отдельно, так и совместно с другими типами источников плазмы.

Помимо указанных выше, актуальной является задача исключения механизмов вращения крупногабаритных изделий, в процессе их обработки, при обеспечении эффективной ионной очистки их поверхности. Это существенно ускоряет процессы обработки, снижая энергопотребление и стоимость проведения таких процессов. Эти задачи могут быть решены при использовании газоразрядных систем на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом большой площади. Напряжение горения такого разряда на уровне сотен вольт, позволяет достигать сравнимых энергий бомбардирующих поверхность ионов и, таким образом, избавиться от дополнительного источника электрического смещения, а осуществление внешней инжекции электронов обеспечивает возможность регулировки тока разряда и напряжения его горения независимо от рода используемого газа и его давления.

Из выше перечисленного следует, что разработка нового эффективного оборудования для ионно-плазменной обработки поверхности материалов и изделий в плазме разрядов низкого давления с накаленным катодом и с полым катодом большой площади актуальна и имеет большое значение для создания новых технологий модификации поверхностей. Можно кратко сформулировать следующие требования к такому оборудованию:

- стабильность и воспроизводимость работы;

- расширенные диапазоны параметров (рабочие давления, токи разрядов);

- возможность как отдельной, так и совместной работы с различными типами плазменных устройств;

- обеспечение возможности зажигания разряда в диапазоне давлений от 0.04 Па

до 1.2 Па;

- уменьшение энергозатрат при сохранении эффективности обработки;

- обеспечение однородности обработки крупногабаритных деталей;

- упрощение конструкций установок путем отказа от механизмов вращения обрабатываемых деталей и дополнительных источников электрического смещения на них.

Все эти аспекты исследований методов генерации плазмы в больших объемах, разработки и эксплуатации оборудования для ионно-плазменной модификации поверхности материалов и изделий рассматриваются в диссертационной работе.

Цель исследований.

Исследование генерации низкотемпературной объемной плазмы в разрядах низкого давления с комбинированным накаленным и полым катодом, а также с холодным полым катодом большой площади, разработке оборудования и проведению экспериментов по азотированию поверхности металлов и сплавов в такой плазме.

Основные задачи исследований: 1. Разработка и создание конструкции плазменного источника с комбинированным накаленным и полым катодом, обеспечивающего стабильное зажигание и устойчивое горение несамостоятельного дугового разряда в широком диапазоне разрядного тока и рабочего давления.

2. Поиск и реализация методов увеличения срока службы накаленного катода в такой системе.

3. Исследование в данной разрядной системе условий генерации однородной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах.

4. Реализация разрядной системы с полым катодом большой площади и внешней инжекцией электронов, в которой для генерации инжектируемых электронов используется плазма дугового разряда низкого давления.

5. Реализация процессов азотирования в разработанных газоразрядных системах с целью оптимизации параметров упрочнения поверхности материалов.

Научная новизна работы

1. Выявлены закономерности влияния собственного магнитного поля тока накала катода на мгновенное значение тока несамостоятельного разряда низкого давления и напряжение его горения в электродной системе созданного плазмогенератора, что позволило оптимизировать конструкцию накаленного катода, увеличив его ресурс в « 2 раза до « (20 - 25) часов непрерывной работы.

2. Предложена конструкция электродной системы и установлены зависимости изменений параметров плазмы (концентрации и потенциала плазмы, а также температуры электронов) от изменений тока и напряжения горения несамостоятельного дугового разряда с накаленным катодом при генерации низкотемпературной объемной плазмы, что позволяет выбирать оптимальные условия горения разряда с прогнозируемой плотностью ионного тока на обрабатываемую поверхность.

3. Проведены исследования тлеющего разряда с полым катодом большой площади, а также параметров генерируемой им плазмы в самостоятельном и несамостоятельном режимах горения и показано, что поддержание такого разряда в несамостоятельном режиме позволяет снизить напряжение его горения до « 3-х раз (с ® 630 В до « 190 В), обеспечивая сравнимые значения плотности генерируемой плазмы.

4. Показано, что в несамостоятельном режиме горения тлеющего разряда с полым катодом большой площади возможно удержание неизменными напряжения

его горения, его тока и концентрации плазмы при изменении соотношения площадей анода и катода основного разряда путем изменения тока вспомогательного разряда, определяющего ток инжектированных в катодную полость электронов.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Создана конструкция плазмогенератора с комбинированным накаленным и полым катодом, отличающегося возможностью инициирования разряда с заданными параметрами и стабильностью работы в широких диапазонах рабочего давления (от 0.04 Па до 1.2 Па) и тока разряда (от 0.5 А до 200 А), что обеспечивает генерацию

3 15 17 3

однородной газоразрядной плазмы в объеме 0.25 м с концентрацией (10 -10 )м", которая используется для эффективной комплексной ионно-плазменной обработки поверхности материалов и изделий.

2. Предложена и создана разрядная система на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом большой площади, обеспечивающая эффективное проведение процессов азотирования металлов и сплавов без использования дополнительного источника электрического смещения и механизма вращения обрабатываемых образцов и деталей при обеспечении их непрерывной ионной очистки в процессе азотирования, которая перспективна для обработки изделий для авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности.

3. Разработаны процессы азотирования сталей в плазме тлеющего разряда с холодным полым катодом большой площади, которые позволяют увеличивать микротвердость обрабатываемой поверхности в (4 — 8) раз при глубине обработки до 300 мкм за время (2 - 4) часа, что в (2 - 3) раза быстрее, чем при традиционном азотировании в плазме тлеющего разряда, горящего в диссоциированном аммиаке.

4. Проведены процессы азотирования технически чистого титана ВТ1-0 и титанового сплава ВТ-6 в плазме тлеющего разряда с полым катодом большой

"У

площади в несамостоятельном режиме горения при плотности тока «15 мА/см и напряжении горения разряда « 130 В, в результате которых твердость поверхности образцов увеличилась в (5.5 - 7.5) раза.

5. Разработаны и поставлены Заказчику автоматизированные ионно-плазменные установки «ДУЭТ» (Itac.ltd, г. Ниигата, Япония) и «КВАДРО» (PVJD Hitech coating, ltd, г. Торонто, Канада) для комплексной обработки поверхности материалов и изделий, включающей азотирование и напыление твердых покрытий.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В плазменном источнике на основе дугового разряда с накаленным катодом при замене одиночного вольфрамового катода на несколько параллельно включенных нитей меньшего диаметра ослабляется влияние собственного магнитного поля тока накала на параметры разряда, что приводит к снижению мощности накала и повышению ресурса устройства.

2. Введение в электродную систему плазменного источника на основе несамостоятельного дугового разряда дополнительного поджигающего электрода, расположенного вблизи накаленного катода и соединенного с анодом через балластное сопротивление (10 - 50) Ом, обеспечивает стабильное инициирование разряда и устойчивую генерацию плазмы при пониженном давлении и напряжении зажигания разряда, сравнимом с его напряжением горения, что расширяет динамический диапазон основных параметров плазменного источника.

3. В разрядной системе двухступенчатого генератора плазмы на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом большой площади и внешней инжекцией электронов стабилизация напряжения горения разряда и концентрации плазмы при различных соотношениях площадей катода и анода обеспечивается соответствующим изменением тока инжектируемых электронов.

4. В результате проведенных исследований систем генерации плазмы на основе несамостоятельных разрядов низкого давления созданы и внедрены технологические установки для комплексной модификации свойств поверхности материалов и изделий, позволяющие в едином вакуумном цикле производить очистку и активацию поверхности газовыми ионами, ионно-плазменное азотирование, а также плазменно-ассистированное нанесение металлических и композиционных покрытий. Созданные устройства обеспечивают равномерную обработку протяженных объектов, большую производительность и эффективность и позволяют проводить технологические процессы в автоматическом режиме.

Апробация работы

Основные результаты данной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: 5-11 Международных конференциях по модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы (Томск, Россия, 2000, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010, 2012); 25 Международной конференции по явлениям в ионизированных газах (ICPIG) (Нагоя, Япония, 2001); 5 Российско-Корейском Международном симпозиуме по науке и технологии (Томск, Россия, 2001); Международном симпозиуме по исследованию и применению плазмы (Варшава, Польша, 2001); Всероссийской конференции «Физико-химия ультрадисперсных (нано-) систем» (Томск, Россия, 2002); 1 Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, Россия, 2005); 3-5 Всероссийских конференциях молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии» (Томск, Россия, 2006, 2009, 2012); 3 Международном Крейнделевском семинаре «Плазменная эмиссионная электроника» (Улан-Удэ, Россия, 2009).

Личный вклад автора

Автору принадлежит основная роль в получении результатов, описанных в диссертации. Научному руководителю доктору технических наук H.H. Ковалю и главному научному сотруднику, доктору физико-математических наук П.М. Щанину принадлежат определение цели и постановка задач исследований. Автор внес определяющий вклад в планирование и проведение экспериментов, а также в анализ полученных результатов и формулирование основных положений и выводов по диссертации. Соавторы, участвовавшие в исследованиях по отдельным направлениям, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Обсуждение и анализ полученных результатов проводились соискателем совместно с научным руководителем и главным научным сотрудником П.М. Щаниным. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

Основные результаты исследований опубликованы в 24 работах, включая 8 статей в отечественных рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 1 статью в зарубежном научном журнале, имеющем импакт-фактор более 2 и

15 полных текстов докладов в трудах отечественных и зарубежных научных конференций.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений с общим объемом 161 страница, содержит 76 рисунков и 5 таблиц. Список цитируемой литературы включает 119 наименований.

Содержание диссертационной работы

Во введении показана актуальность исследований, сформулированы цели и задачи работы, представлена научная новизна и практическая ценность результатов, приведены основные защищаемые научные положения и сведения о публикациях автора по теме диссертации.

В первой главе приведен обзор различных методов и устройств, обеспечивающих ионизацию и диссоциацию азотсодержащих газов в условиях разрядов низкого давления с целью эффективного проведения процессов азотирования поверхности металлов и сплавов. В результате анализа представленных работ обоснован выбор основных объектов исследований и сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию генератора низкотемпературной плазмы с комбинированным катодом, состоящим из накаленного и полого катодов, оснащенного устройством поджига разряда. Приведены описание экспериментальной установки и ее основных узлов, конструкция разрядной системы и особенностей ее работы, описаны методики получения и анализа параметров плазмы. Проведен анализ работы плазмогенератора при синусоидальной форме тока накала, проведены исследования по определению факторов влияющих на стабильность работы плазмогенератора и износ накаленного катода. Представлены результаты исследования влияния типа накаленного катода, величины и направления внешнего магнитного поля, а также рабочего давления на формы осциллограмм тока разряда и напряжения его горения, а также на износ накаленного катода. Также приведены исследования характеристик разряда, параметров его плазмы и потери тока разряда на поджигающем электроде в зависимости от тока разряда, давления в камере, величины внешнего магнитного поля и тока накала катода.

Третья глава посвящена исследованию генерации низкотемпературной плазмы в тлеющем разряде с полым катодом большой площади в самостоятельном режиме горения и в режиме поддержания разряда электронным пучком, извлеченным из плазмы вспомогательного дугового разряда с интегрально холодным полым катодом. Приведены описание экспериментальной установки и ее основных узлов, конструкция разрядной системы и особенностей ее работы, описаны методики получения и анализа параметров плазмы и коэффициента вторичной ионной эмиссии. Приведены исследования характеристик тлеющего разряда с полым катодом большой площади от его тока, давления в камере, тока вспомогательного дугового разряда и площади анода основного разряда, зависимости параметров плазмы разрядов от площади анода, а также исследования пространственного распределения параметров плазмы и результаты исследований эффективного коэффициента вторичной электронной эмиссии.

В четвертой главе представлены описания созданных в процессе диссертационной работы автоматизированных вакуумных установок для реализации комплексной ионно-плазменной модификации поверхностей материалов и изделий, результаты модификации поверхности сталей в плазме исследуемых разрядов. Приведены и проанализированы результаты экспериментов по азотированию титана и сплава ВТ-6 при одинаковых температуре азотирования и времени экспозиции, но разных плотностях ионного тока и потенциала смещения. Также приведены результаты исследований однородности нагрева обрабатываемых деталей общей площадью 11.5x103 см2 в плазме тлеющего разряда с полым катодом большой площади в несамостоятельном режиме горения.

В Заключении кратко перечисляются основные результаты диссертационной работы.

Глава 1 Оборудование и методы плазменной химико-термической обработки поверхности материалов и изделий

Модификация поверхности является широко распространенным подходом к решению проблем повышения твердости, износо- и коррозионной стойкости материалов и изделий, так как во многих случаях изменение качеств поверхности детали оказывается достаточным для увеличения времени ее работы и улучшения ее эксплуатационных характеристик в целом. Проведение модификации поверхности материалов принципиально возможно двумя методами: нанесением покрытия на обрабатываемые поверхности, либо формированием в приповерхностной области изделия слоев с требуемыми характеристиками. Возможна также комбинация этих методов. Первый метод предполагает наличие границы раздела между нанесенным покрытием и обрабатываемой поверхностью, что в свою очередь, делает актуальным решение проблемы адгезии покрытия к подложке. При использовании второго метода проблема адгезии не стоит, так как модифицированный слой формируется в самом обрабатываемом материале, что является несомненным плюсом данного метода модификации поверхности. Модифицирование приповерхностных слоев может проходить как без изменения элементного состава, за счет термического либо кинетического воздействия, так и с изменением такового. В этом случае реализуются механизмы диффузии либо имплантации модифицирующих ионов и атомов. Ионная имплантация, ввиду малости проекционного пробега ионов, применима в случаях, когда не стоит задача получить модифицированный слой толщиной более единиц микрометров. Возможна обработка мощными импульсными потоками плазмы [1] ионными [2,3] или электронными пучками [4] в этом случае наблюдается расплавление поверхности, а однородная обработка крупногабаритных деталей сложной формы, такими методами оказывается проблематичной. Диффузионное насыщение, в свою очередь, позволяет получать слои толщиной сотни микрометров. Диффузионное насыщение поверхности металлов атомами может реализовываться как в не вакуумных, так и в вакуумных условиях. Последний метод, как правило, предполагает наличие диффундирующего вещества в атомарном либо ионизированном состоянии, что

существенно увеличивает скорости проведения процессов диффузного насыщения поверхности. Для осуществления ионизации и диссоциации диффундирующего вещества (чаще всего это азот, углерод, либо кислород) используются разные типы разрядов.

В данной главе представлен обзор методов и устройств, обеспечивающих ионизацию и диссоциацию азотсодержащих газов в условиях низкого давления с целью проведения процессов диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов атомами азота.

1.1. Химико-термическая обработка поверхности в плазме тлеющего разряда 1.1.1. Метод ионного азотирования поверхности в плазме тлеющего разряда

Данный метод является старейшим из плазменных химико-термических методов и наиболее распространенным в промышленности на данный момент [6-8]. Сущность метода заключается в том, что в вакуумной камере при давлении (100 — 500) Па между водоохлаждемыми стенками камеры, являющимися анодом, и обрабатываемыми деталями, являющимися катодом, зажигается аномальный тлеющий разряд. Ионы, ускоряясь из плазмы в катодном слое, попадают на поверхность обрабатываемых изделий и разогревают их до температуры насыщения азотом ~ (350 - 650) °С. Длительность процесса может составлять от единиц до десятков часов, в зависимости от требований к получаемому слою и типа обрабатываемой стали [6-18]. Разряд горит при напряжении от 400 до 1100 В в постоянном [6-13] либо импульсном режимах [9,14-18]. Плотность ионного тока, приходящего на обрабатываемые поверхности, может составлять от десятых долей до десятков А/м2 [12], что соответствует концентрации плазмы ~(1015 - 1016) м"3. Таким образом, токи разряда, для различных систем азотирования, основанных на таком методе, могут составлять от десятков миллиампер до сотен ампер в зависимости от площади поверхности обрабатываемых деталей. Массы загрузки (садки) могут составлять от десятков - сотен грамм для лабораторных установок до нескольких тонн для промышленных установок. Температура, до которой

нагреваются обрабатываемые детали для проведения процесса азотирования, задается средними значениями плотности ионного тока и напряжения горения разряда. Таким образом, в постоянном режиме обработки температура процесса азотирования и давление, при котором он проводится, определяют напряжение горения разряда и плотность ионного тока на обрабатываемых поверхностях, а площадь обрабатываемых изделий определяет общий ток разряда. В случае использования импульсного режима, с возможностью изменения коэффициента заполнения импульса (скважности), существует возможность независимой от давления регулировки температуры, максимальной плотности ионного тока на обрабатываемых изделиях и напряжения горения разряда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лопатин, Илья Викторович, 2013 год

Список использованной литературы

1. Калин, Б.А. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов: Учебник / В.А Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, B.JL Якушин / под ред. Б.А. Калина. М: Круглый год, 2001. - 528 с.

2. Remnev, G.E. Application of high-power ion beams for technology / G.E. Remnev, V.A. Shulov // Laser and Particle Beams. - 1993. - Vol. 11. -№ 4. - P. 707-731.

3. Akamatsu, H. Structural analysis of a high-speed tool steel irradiated by an intense pulsed-ion beam / H. Akamatsu, Y. Tanihara, T. Ikeda, H. Iwasaki, K. Azuma, M. Yatsuzuka // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2002. - Vol. 30 - № 5 -P. 1800-1805

4. Новиков, A.C. Сильноточные импульсные электронные пучки для авиационного двигателестроения: Монография / Б. Белов, О.А. Быценко, А.В. Крайников, А.Ф. Львов, А.С. Новиков / под общ. ред. А.С. Новикова, В.А. Шулова, В.И. Энгелько. - М.: Дипак, 2012 - 291 с.

5. Гришунин, В.А. Электронно-пучковая модификация структуры и свойств стали // В.А. Гришунин, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Денисова. Новокузнецк: Изд. Полиграфист, 2012 - 308 с.

6. Лахтин, Ю.М. Теория и технология азотирования: Монография / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г. Шпис, 3. Бемер. - М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

7. Арзамасов, Б.Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов: Монография / Б.Н. Арзамасов, А.Г. Братухин, Ю.С. Елисеев, Т.А. Панайоти. - М.: Изд. МГТУ им Баумана, 1999. - 400 с.

8. Берлин, Е.В. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей: Монография / Е.В. Берлин, Н.Н. Коваль, Л.А. Сейдман. — М: Техносфера, 2012. - 464 с.

9. Lie, Sh. Plasma nitriding of AISI 304 austenitic stainless steel with pre-shot peening / Sh. Lie, W. Liang, W. Yizuo, W. Chunhua // Surface and Coatings Technology. -2010. - Vol. 204. - №20 - P. 3222-3227.

10.Gui-jiang, L. Effect of DC plasma nitriding temperature on microstructure and dry-sliding wear properties of 316L stainless steel / L. Gui-jiang, P. Qian, L. Cong, W.

Ying, G. Jian, C. Shu-yuan, W. Jun, Sh. Bao-luo // Surface and Coatings Technology. - 2008. - Vol. 202. - №12. - P. 2749-2754.

11.Mirjani, M. Plasma and gaseous nitrocarburizing of C60W steel for tribological applications / M. Mirjani, A. Shafyei, F. Ashrafizadeh // Vacuum. - 2009. - Vol. 83. - № 7. - P. 1043-1048.

12.Liang, W. Effect of nitriding time on the nitrided layer of AISI 304 austenitic stainless steel / W. Liang, J. Shijun, S. Juncai // Surface and Coatings Technology. -2006. - Vol. 200. - №16-17. - P. 5067 - 5070.

13.Liu, R.L. The microstructure and properties of 17-4PH martensitic precipitation hardening stainless steel modified by plasma nitrocarburizing / R.L. Liu, M.F. Yan // Surface and Coatings Technology. - 2010. - Vol. 204. - № 14. - P. 2251-2256.

14.Kaestner, P. Plasma nitrided austenitic stainless steels for automotive hydrogen applications / P. Kaestner, Th. Michler, H. Weidner, K.-Tsch. Rie, B. Gunter // Surface and Coatings Technology. - 2008. - Vol. 203. - № 5-7. - P. 897-900.

15. Zlatanovic, M. Plasma processing in carbon containing atmosphere for possible treatment of wind turbine components / M. Zlatanovic, N. Popovic, M. Mitric // Thin Solid Films. - 2007. - Vol. 516. - № 2-4. - P. 228-232.

16.Zlatanovic, M. Plasma post oxidation of nitrocarburized hot work steel samples / M. Zlatanovic, N. Popovic, Z. Bogdanov, S. Zlatanovic // Surface and Coatings Technology. - 2004. - Vol. 177-178. - P. 277-283.

17.Basso, R.L.O. Influence of microstructure on the corrosion behavior of nitrocarburized AISI H13 tool steel obtained by pulsed DC plasma / Basso R.L.O., R.J. Candal, C.A. Figueroa, D. Wisnivesky, F. Alvarez // Surface and Coatings Technology. - 2009. - Vol. 203. - № 10-11. - P. 1293-1297.

18.Walkowicz, J. On the mechanisms of diode plasma nitriding in N2-H2 mixtures under DC-pulsed substrate biasing / J. Walkowicz // Surface and Coatings Technology.-2003.-Vol. 174-175.-P. 1211-1219.

19.Ahangarani, Sh. Effects of various nitriding parameters on active screen plasma nitriding behavior of a low-alloy steel / Sh. Ahangarani, F. Mahboubi, A.R. Sabour // Vacuum. - 2006. - Vol. 80. - № 9. - P. 1032-1037.

20.Alves, Jr.C. Use of cathodic cage in plasma nitriding / Jr.C. Alves, F.O. de Araujo, K.J.B. Ribeiro, J.A.P. da Costa, R.R.M. Sousa, R.S. de Sousa // Surface and Coatings Technology. - 2006. - Vol. 201. - № 6. - P. 2450-2454.

21.Zhao, C. Study on the active screen plasma nitriding and its nitriding mechanism / C. Zhao, C.X. Li, H. Dong, T. Bell // Surface and Coatings Technology. - 2006. -Vol. 201. - № 6. - P. 2320-2325.

22.Ribeiro, K.J.B. Industrial application of AISI 4340 steels treated in cathodic cage plasma nitriding technique / K.J.B. Ribeiro, R.R.M. de Sousa, F.O. de Araujo, R.A. de Brito, J.C.P. Barbosa, Jr.C. Alves // Materials Science and Engineering. - 2008. -Vol. 479. - № 1-2. - P. 142-147.

23.Gallo, S.C. On the fundamental mechanisms of active screen plasma nitriding / S.C. Gallo, H. Dong // Vacuum. - 2010. - Vol. 84. - № 2. - P. 321-325.

24.Ahangarani, Sh. Surface modification of 30CrNiMo8 low-alloy steel by active screen setup and conventional plasma nitriding methods / Sh. Ahangarani, A.R. Sabour, F. Mahboubi // Applied Surface Science. - 2007. - Vol. 254. - № 5. -P. 1427-1435.

25.Li, C.X. Sliding wear properties of active screen plasma nitrided 316 austenitic stainless steel / C.X. Li, T. Bell // Wear. - 2004. - Vol. 256. - №11-12. -P. 1144-1152.

26.Gallo, S.C. Study of active screen plasma processing conditions for carburising and nitriding austenitic stainless steel / S.C. Gallo, H. Dong // Surface and Coatings Technology. - 2009. - Vol. 203. -№ 24. - P. 3669-3675.

27. Wang, L. Plasma nitriding of low alloy steels at floating and cathodic potentials / L. Wang, Y. Li, X. Wu // Applied Surface Science. - 2008. - Vol. 254. - № 20. -P. 6595-6600.

28.Li, Y. Plasma nitriding of 42CrMo low alloy steels at anodic or cathodic potentials / Y. Li, L. Wang, L. Shen, D. Zhang, C. Wang // Surface and Coatings Technology. -2010. - Vol. 204. - № 15. - P. 2337-2342.

29.Будилов, В. В. Технология ионного азотирования деталей ГТД в тлеющем разряде с полым катодом / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов // Вестник УГАТУ.

Машиностроение. Технология машиностроения. Уфа: УГАТУ. - 2008. - Т. 10. -№ 1.-26.-С.82-86.

30.Будилов, В.В. Обработка поверхности деталей ГТД тлеющим разрядом на основе эффекта полого катода / В.В. Будилов, B.C. Мухин, С.Р. Шехтман , P.M. Киреев // Изв. ВУЗов. Авиационная техника. - 2000. - № 4. - С. 38-40.

31.Будилов, В.В. Ионное азотирование в тлеющем разряде с эффектом полого катода /В.В. Будилов, Р.Д. Агзамов, К.Н. Рамазанов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2007. - № 7. - С. 33-36.

32.Budilov, V.V. Ion nitriding in glow discharge with hollow cathode effect / V.V. Budilov, R.D. Agzamov, K.N. Ramazanov // Metal Science and Heat Treatment. -2007.-Vol. 49.-№7-8.-P. 358-361.

33.Будилов, В.В. Осаждение вакуумных ионно-плазменных покрытий на лопатки турбины ГТД с использованием разряда на основе эффекта полого катода / В.В. Будилов, С.Р. Шехтман, Н.Ф. Измайлова // Изв. ВУЗов. Авиационная техника. - 2001. - № 1. - С. 76-77.

34.Budilov, V.V. Application of the hollow cathode discharge for structural materials surface treatment / V.V. Budilov, S.R. Shekhtman, R.M. Kireev // Физика и Химия обработки материалов. - 2001. - № 2. - С. 31-35.

35.Григорьев, С.Н. Иммерсионная ионная имплантация и азотирование в плазме тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов / С.Н. Григорьев, Ю.А. Мельник, A.C. Метель, И.В. Валуева, В.В. Прудников // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - № 6. - С. 43-48.

36.Барченко, В.Т. Несамостоятельный тлеющий разряд: физические процессы, модели, применение / В.Т. Барченко, A.A. Лисенков // Петербургский журнал электроники. - 2008. - № 2-3. - С. 58-78.

37.Метель, A.C. Заполнение рабочей камеры технологической установки однородной плазмой с помощью стационарного тлеющего разряда / A.C. Метель, С.Н. Григорьев, Ю.А. Мельник, В.В. Панин // Физика плазмы. - 2009. -Т.35.-№ 12. -С.1140-1149.

38.Метель, A.C. Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов в камере, облучаемой быстрыми электронами / A.C. Метель, С.Н. Григорьев,

Ю.А. Мельник, В.В. Прудников // Физика плазмы. - 2011. - Т.37. - № 7. -С. 674-683.

39.Janosi, S. Controlled hollow cathode effect: new possibilities for heating low-pressure furnaces / S. Janosi, Z. Kolozsvary, A. Kis // Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov. 2004. 7. P. 45 - 51.

40.Райзер, Ю.П. Физика газового разряда / Ю.П. Райзер. - М.: Наука, 1987. -592 с.

41.Plasma nitrided titanium and titanium alloy products: Pat. No 5.443.663 USA 08.22.1995.

42.Meletis, E.I. Intensified plasma-assisted processing: science and engineering / E.I. Meletis // Surface and Coatings Technology. - 2002. - Vol.149. - № 2-3. -P. 95-113.

43.Wei, R. High Intensity Plasma Ion Nitriding of AerMet 100 Martensitic Steel / R. Wei, C.R. Benn, C.V. Cooper // Plasma Process. Polym. - 2007. - Vol.4. - № 1 -P. 700-706.

44.Wei, R. High-intensity plasma ion nitriding of orthopedic materials Part I. Tribological study / R. Wei, Th. Booker, C. Rincon, J. Arps // Surface and Coatings Technology. - 2004. - Vol. 186. - № 1-2. - P. 305-313.

45.Kashaev, N. Nitriding of Ti - 6% A1 - 4% V alloy in the plasma of an intensified glow discharge / N. Kashaev, H.-R. Stock, P. Mayr // Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov. - 2004. - №7. - P. 28 - 32.

46.Tian, X. Electrochemical Corrosion Properties Of AISI 304 Steel Treated By Low-Temperature Plasma Immersion Ion Implantation / X. Tian, P.K. Chu // Scripta mater. - 2000. - Vol. 43. - № 5. - P. 417-422.

47.01iveira, R.M. A new high-temperature plasma immersion ion implantation system with electron heating / R.M. Oliveira, J.A.N. Goncalves, M. Ueda, J.O. Rossi, P.N. Rizzo // Surface and Coatings Technology. - 2010. - Vol. 204. - № 18-19. -P.3009-3012.

48.Борисов, Д.П. Ионно-плазменное азотирование легированной стали с применением дугового плазмогенератора низкого давления / Д.П. Борисов,

В.В. Гончарова, В.М. Кузьмиченко, В.М.Савостиков, С.М. Сергеев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2006. - №12. - С. 11-15.

49.Способ вакуумной ионно-плазменной обработки: патент 2122602. Рос. Федерация. 96117192/02; заявл. 28.08.1996; опубл. 27.11.1998..

50. Способ комбинированной вакуумной ионно-плазменной обработки инструмента: патент 2210621. Рос. Федерация. 2000123120/02. 05.09.2000.

51.Устройство для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы: патент 2116707. Рос. Федерация. 27.07.1998.

52.Борисов, Д.П. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом / Д.П. Борисов, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Изв. Вузов. Физика. -1994. -№3. - С.115-120.

53.Щанин, П.М. Азотирование конструкционных сталей в газовых разрядах низкого давления / П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, И.М. Гончаренко, С.В. Григорьев // Физика и Химия обработки материалов. - 2001. - № 3. - С. 16-19.

54.Borisov, D.P. Plasma-Assisted Deposition of a Three-Layer Structure by Vacuum and Gas Arcs / D.P. Borisov, I.M. Goncharenko, N.N. Koval, P.M. Schanin // IEEE Transactions on Plasma Science. - 1998. - Vol. 26. - № 6. - P. 1680-1684.

55.Shugurov, V.V. Ion-plasma deposition system based on arc discharge / V.V. Shugurov // Proc. of 10th Int. Conf. on Gas Discharge Plasmas and their Technological Applications. - Tomsk. Russia. - 2007. - P.

56.Дуговой генератор газоразрядной плазмы с холодным полым катодом: патент 2227962. Рос. Федерация. 2002116269/06 заявл. 17.06.2002. опубл. 27.04.2004. Бюл. №12.

57.Источник газоразрядной плазмы: патент 81027. Рос. Федерация. 2008141108/22; заявл. 16.10.2008; опубл. 27.02.2009, Бюл. N 6. - 2 с.

58.Щанин, П.М. Дуговой разряд с холодным полым катодом в скрещенных электрическом и магнитном полях / П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, Ю.Х. Ахмадеев, С.В. Григорьев // Журнал технической физики. 2004. 74. 5. С.24-29.

59.Щанин, П.М. Генерация газоразрядной плазмы в дуговом источнике с холодным полым катодом / П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, Ю.Х. Ахмадеев // Приборы и техника эксперимента - 2005. № 3. - С.62-66.

60.Method and device for treatment of particles in gas-discharge plasma: 92/19785. междунар. 92/00088; заявл. 23.4.92; опубл. 12.11.92.

61.Method and device for treatment of products in gas-discharge plasma. 5.503.725. PatUSA. МПК C23c 14/34; C23c 14/32. заявл. 23.04.1992, опубл. 02.04.1996.

62.Андреев, A.A. Азотирование сталей в газовом дуговом разряде низкого давления / А.А. Андреев, В.М. Шулаев, Л.П. Саблев // Физическая инженерия поверхности. - 2006. - Т. 4. - № 3-4. - С. 191 - 197.

63.Андреев, А.А. Дуплексная обработка поверхностей стальных изделий / А.А. Андреев, В.М. Шулаев, Л.П. Саблев // Технология машиностроения. - 2002. -№ 3. - С. 36-38.

64.Андреев, А.А. О роли атомарного азота при химико-термической обработке сталей в газовом вакуумно-дуговом разряде / А.А. Андреев, Л.П. Саблев, В.М. Шулаев // Матер. Межд. Конф. Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов. Харьков. ННЦ ХФТИ. - 2005. - ч.1. -С. 246-250.

65.Андреев, А.А. Вакуумно-дуговое модифицирование поверхности стальных изделий / А.А. Андреев // Физическая инженерия поверхности. - 2007. - Т.5. -№. 3-4. С. 140-148.

66.Способ электронно-ионного азотирования крупногабаритных изделий в низкотемпературной газоразрядной плазме и устройство для его осуществления: патент. 2208064 С1. Рос. Федерация. С23С14/48, С23С8/36 заявл. 2001131244/02. 19.11.2001. опубл. 10.07.2003.

67.Muratore, С. Low-temperature nitriding of stainless steel in an electron beam generated plasma / C. Muratore, D. Leonhardt, S.G. Walton, D.D. Blackwell, R.F. Fernsler, R.A. Meger // Surface and Coatings Technology. - 2005. - Vol. 191. -№2-3.-P. 255-262.

68.Abraha, P. Surface modification of steel surfaces by electron beam excited plasma processing / P. Abraha, Y. Yoshikawa, Y. Katayama // Vacuum. - 2009. - Vol. 83. № 3. - P. 497 - 500.

69.Гаврилов, Н.В. Низкотемпературное азотирование титана в плазме низкоэнергетического электронного пучка / Н.В. Гаврилов, А.С. Мамаев // Письма в ЖТФ. - 2009. - Т. 35. - № 15. С. 57-64.

70.Гаврилов, Н.В. Влияние параметров электронного пучка и ионного потока на скорость плазменного азотирования аустенитной нержавеющей стали / Н.В. Гаврилов, А.И. Меньшаков // Журнал технической физики. - 2012. - Т. 82. -№ 3. - С. 88-93.

71.Лопатин, И.В. Разработка и исследование узла поджига несамостоятельного дугового разряда низкого давления в электродной системе плазмогенератора «ПИНК» / И.В. Лопатин // Матер. 3 Всерос. конф. мол. уч. Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии. - Томск, Россия - 2006. -С. 18-22.

72.Lopatin, I.V. Source of low temperature gas plasma with wide range of parameters / I.V. Lopatin // Изв. Вузов. Физика. - 2006. - № 8. - Приложение. - С. 154-157.

73.Lopatin, I.V. Generation of plasma in non-self-sustained glow discharge with hollow cathode / I.V. Lopatin, Yu.Kh. Akhmadeev, N.N. Koval, P.M. Schanin, V.V. Yakovlev // Proc. of 10th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, Russia. - 2010. - P. 35-38.

74.Lee, D. Ion collectionby planar Langmuir probes: Sheridan's model and its verification / D. Lee, N. Hershkowitz // Physics of Plasmas - 2007. - Vol. 14. - № 3. -P. 033507-1 - 033507-4.

75.Лопатин, И.В. Периодический характер работы плазмогенератора «ПИНК» / И.В. Лопатин, С.С. Ковальский // Матер. 5 Всерос. конф. мол. уч. Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии, [электронный ресурс]. - Томск, Россия. - 2012. - С. 1-16 - 1-19.

76.Чен, Ф. Введение в физику плазмы / Ф. Чен. - М.: Мир. 1987. - 398 с.

77.Блох, А.Г. Теплообмен излучением: справочник / А.Г. Блох, Ю.А. Журавлев, А.Н. Рыжков - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 432 с.

78.Ehlers, K.W. Some characteristics of tungsten filaments operated as cathodes in a gas discharge / K.W. Ehlers, K.N. Leung // Review of Scientific Instruments. -1979. - Vol. 50. - № 3. - P. 356-362.

79.Лондер, Я.И. Кинетическая теория положительного столба разряда низкого давления в поперечном магнитном поле / Я.И. Лондер, К.Н. Ульянов // Физика плазмы.-2011.-Т. 37.-№ 10. - С. 909-918.

80.Аверин, А.П. Газовый разряд: курс лекций в 2 ч. Ч. 1. Основы физики атомных столкновений. Владим. гос. ун-т / А.П. Аверин. - Владимир: ВлГУ. 2005. -138 с.

81.Lopatin, I.V. Study of plasma parameters of non-self sustained arc discharge of "PINK" plazmogenerator / I.V. Lopatin, N.N. Koval, S.S. Kovalsky, P.M. Schanin // Изв. Вузов. Физика. -2013. - Т. 55, - № 12/2. - С. 200 - 204.

82.Винтизенко, Л.Г. Дуговые разряды низкого давления с полым катодом и их применение в генераторах плазмы и источниках заряженных частиц / Л.Г. Винтизенко, С.В. Григорьев, Н.Н. Коваль, B.C. Толкачев, И.В. Лопатин, П.М. Щанин // Изв. Вузов. Физика. - 2001. - Т. 44. - № 9. - С. 28-35.

83.Schanin, P.M. Vacuum ion-plasma installation "DUET" / P.M. Schanin, N.N. Koval, I.V. Lopatin, I.M. Goncharenko, S.V. Grigoriev, V.S. Tolkachev, L.G. Vintizenko, V.N. Kiselev, K. Uemura // Proc. of 6th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, Russia. - 2002. - P. 112116.

84.Lopatin, I.V. Vacuum ion - plasma setup "QUADRO" for complex treating of materials and tools / I.V. Lopatin, Yu.Kh. Akhmadeev, V.V. Denisov, N.N. Koval, A.V. Mikov, V.V. Yakovlev, A. Seredinin // Изв. Вузов. Физика. - 2006. - № 9. -Приложение. - С. 98-101.

85.Лопатин, И.В. Самостоятельный тлеющий разряд низкого давления с полым катодом при токах в десятки ампер / И.В. Лопатин, П.М. Щанин, Ю.Х. Ахмадеев, С.С. Ковальский, Н.Н. Коваль // Физика плазмы. - 2012. - Т. 38, - № 7. - С. 639-643.

86.Визирь, А.В. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников / А.В. Визирь, Е.М. Оке, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков // Журнал технической физики. - 1997. - Т. 67. - № 6. - С. 27-31.

87. Oks, E. High current ion source based on hollow cathode glow with e-beam injection / E. Oks, A. Visir, G. Yushkov // Proc. Of 12 Int. Conf. on High Power Particle Beams. - Haifa, Israel. - 1998. - Vol.2. - P.955-958.

88.Vizir, A.V. Non-self-sustained hollow-cathode glow discharge for large-aperture ion sources / A.V. Vizir, E.M. Oks, P.M. Schanin, G.Yu. Yushkov // Technical Physycs. - 1997. - Vol. 42. - № 6. - P.611-614.

89.Oks, E.M. Low-pressure hollow-cathode glow discharge plasma for broad beam gaseous ion source / E.M. Oks, A.V. Vizir, G.Yu. Yushkov // Review of Scientific Instruments. - 1998. - Vol. 69. - № 2. - P.853-855.

90.Vizir, A.V. Further development of a gaseous ion source based on low-pressure hollow cathode glow / A.V. Vizir, G.Yu. Yushkov, E.M. Oks // Review of Scientific Instruments. - 2000. - Vol. 71. - № 2. - P. 728-730.

91.Гаврилов, H.B. Осаждение алмазоподобных a-C:H покрытий в несамостоятельном разряде с плазменным катодом / Н.В. Гаврилов, А.С. Мамаев, А.С. Кайгородов // Письма в Журнал технической физики. - 2009. -Т.35. - № 1. - С. 69-75.

92.Визирь, А.В. Генератор объемной плазмы на основе разряда с плазменным катодом / А.В. Визирь, Е.М. Оке, М.В. Шандриков, Г.Ю. Юшков // Приборы и техника эксперимента. - 2003. - № 3. - С. 108-111.

93. Ахмадеев, Ю.Х. Азотирование технически чистого титана в тлеющем разряде с полым катодом / Ю.Х. Ахмадеев, И.М. Гончаренко, Ю.Ф Иванов, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Письма в Журнал технической физики. - 2005. - Т. 31. - № 13.-С. 24-30.

94.Lopatin, I.V. Plasma Production in a Low-pressure Hollow-cathode Non-self-sustained Discharge / I.V. Lopatin, Yu.Kh. Akhmadeev, N.N. Koval, P.M. Schanin A.V. Shnaider // Proc. Of 9 Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, Russia. 2008. - P. 312-315.

95.Лопатин, И.В. Несамостоятельный сильноточный тлеющий разряд низкого давления с полым катодом большого размера / И.В. Лопатин, Ю.Х. Ахмадеев, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Матер. 3 Междунар. Крейнделевского семинара Плазменная эмиссионная электроника. - Улан-Удэ, Россия. - 2009. - С 16-21.

96.Лопатин, И.В. Несамостоятельный тлеющий разряд низкого давления и его применение / И.В. Лопатин, Ю.Х. Ахмадеев // Матер. 4 Всерос. конф. мол. уч. Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии. - Томск, Россия. - 2009. - С. 26-30.

97.Лопатин, И.В. Генератор плазмы на основе несамостоятельного тлеющего разряда низкого давления с полым катодом большого объема / И.В. Лопатин, Ю.Х. Ахмадеев, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Приборы и техника эксперимента. - 2011. - № 1. - С. 151-156.

98.Лопатин, И.В. Самостоятельный тлеющий разряд низкого давления с полым катодом при токах в десятки ампер / И.В. Лопатин, П.М. Щанин, Ю.Х. Ахмадеев, С.С. Ковальский, Н.Н. Коваль // Физика плазмы. - 2012. - Т. 38, -№ 7. - С. 639-643.

99.Grigoriev, S.V. Stationary low pressure arc discharge with cold hollow cathode / S.V. Grigoriev, N.N. Koval, I.V. Lopatin, P.M. Schanin // Proc. of 25 Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. - Nagoya, Japan. - 2001. -Vol 3.- P. 287-288.

100. Schanin, P.M. Low pressure arc discharge with cold hollow cathode / P.M. Schanin, S.V. Grigoriev, N.N. Koval, I.V. Lopatin // Book of Abstracts: Int. Symp. PLASMA-2001. Research and Applications of Plasmas. - Warsaw, Poland. - 2001. -Vol.1.-P. 155.

101. Akhmadeev, Yu.Kh. Plasma source based on arc discharge with cold hollow cathode / Yu.Kh. Akhmadeev, S.V. Grigoriev, N.N. Koval, I.V. Lopatin, P.M. Schanin, D.S. Vershinin // 30-th IEEE Int. Conf. on Plasma Science - Jeju, Korea. -2003 - p. 203.

102. Таблицы физических величин: Справочник, под ред. Кикоина И.К. - М.: Атомиздат. 1976. - 1006 с.

103. Ульянов, К.Н. Сверхплотный тлеющий разряд. Теория катодной области / К.Н. Ульянов // Теплофизика высоких температур. - 1999. - Т.37. - № 3. -С. 363-373.

104. Физические величины: справочник, под ред. Григорьева И.С, Мейлихова Е.В. - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 1232 с.

105. Strumilova, N.V. Production of wear-resistive coatings by plasma-ion deposition as-sisted with the plasma of a hot-cathode arc / N.V. Strumilova, I.M. Goncharenko, N.N. Koval, I.V. Lopatin // Proc. of 5-th Korea - Russia Int. Symp. on Science and Technology. - Tomsk, Russia. - 2001. - Vol. 2. - P. 244 - 246.

106. Григорьев, C.B. Формирование ультрадисперсных систем при комплексной ионно-плазменной модификации поверхности конструкционной стали / С.В. Григорьев, И.М. Гончаренко, Н.Н. Коваль, И.В. Лопатин, П.М. Щанин, А.А. Тухфатуллин, Ю.Ф. Иванов, Н.В. Струмилова // Матер, конф. Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. - Томск, Россия. - 2002. - С. 536-540.

107. Goncharenko, I.M. Surface modification of steels by complex diffusion saturation in low pressure arc discharge / I.M. Goncharenko, S.V. Grigoriev, I.V. Lopatin, N.N. Koval, P.M. Schanin, A.A. Tukhfatullin, Yu.F. Ivanov, N.V. Strumilova // Surface and Coatings Technology. - 2003. - Vol. 169-170C. - P. 419423.

108. Koval, N.N. Application of low-pressure arc discharge for formation of hard diffusion surface layers / N.N. Koval, S.V. Grigoriev, Yu.F. Ivanov, I.V. Lopatin, N.V. Stru-milova, A.V. Shirinkina // Proc. of 21 Int. Symp. on Discharges and Electrical Insula-tion in Vacuum. -Yalta, Ukraine. - 2004. - P.583-586.

109. Вершинин, Д.С. Азотирование конструкционных сталей в плазме дугового и тлеющего разрядов / Д.С. Вершинин, И.В. Лопатин, А.В. Ширинкина // Матер. 1 Всерос. конф. мол. уч. Физика и химия высокоэнергетических систем. - Томск, Россия. - 2005. - С. 301-304.

110. Koval, N.N. DUET, TRIO, and QUADRO: Vacuum Ion-Plasma Devices Designed for Nitriding and Deposition of Superhard Nanostructured Coatings on Steels and Steel Alloys / N.N. Koval, Yu.Kh. Ahmadeev, V.V. Denisov, I.V. Lopatin, V.V. Shugurov, V.V. Yakovlev // Proc. of Tomsk region and Taiwan: Experience of Scientific-technical and innovation cooperation Siberian-Taiwan forum. - Tomsk, Russia. - 2009. - Vol.1. - P. 222-227.

111. Коваль, Н.Н. Электроразрядное оборудование и технологии создания наноструктурных слоев и покрытий / Н.Н. Коваль, С.В. Григорьев, И.В.

Лопатин, В.В. Шугуров, В.В. Яковлев, В.В. Денисов, В.Н. Девятков // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Естественные и технические науки. - 2010. - № 2 (107). - С.86-95.

112. Филимонов, С.Ю. Система магнитной фильтрации плазмы от микрокапель при электродуговом напылении покрытий / С.Ю. Филимонов, И.В. Лопатин, П.В. Москвин // Матер. 4 Междунар. конф. студ. и мол. уч. Перспективы развития фундаментальных наук. - Томск: Изд-во ТПУ - 2007 -С. 110-112.

113. Goncharenko, I.M. The mechanisms of nanocrystal nitride films deposition by arc sputtering of composite cathodes. II. Structure, phase content and mechanical properties of coating / I.M. Goncharenko, Y.F. Ivanov, N.N. Koval, S.V. Grigoriev, I.V. Lopatin, Yu.A. Kolubaeva, G.A. Pribitkov, E.N. Korostelyeva // Proc. Of 7 Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. -Tomsk, Russia. - 2004. - P. 167-170.

114. Shanin, P.M. Interaction of the droplet fraction of a vacuum arc with the plasma of the gas discharge / P.M. Shanin, N.N. Koval, A.V. Kozyrev, I.M. Goncharenko, S.V. Grigoriev, V.S. Tolkachev // Journal of Technical Physics. -2000. - Vol. 41. - № 2. - P. 177 - 184.

115. Vershinin, D.S. Theoretical and experimental study of the interaction of the vacuum arc macrodroplet fraction with plasma / D.S. Vershinin, I.M. Goncharenko, S.V. Grigoriev, N.N. Koval, A.V. Kozyrev, I.V. Lopatin, P.M. Schanin // Proc. of 5th Korea - Russia Int. Symp. on Science and Technology "KORUS '01". - Tomsk, Russia. - 2001. - Vol. 2. - P. 244 - 246.

116. Akhmadeev, Yu.H. Nitriding of commercially pure VT1-0 titanium and VT6 alloy in low pressure discharges / Yu.H. Akhmadeev, Yu.F. Ivanov, N.N. Koval, I.V. Lopatin, P.M. Schanin // Изв. Вузов. Физика. - 2006. -№ 8. Приложение. -С. 288-291.

117. Ахмадеев, Ю.Х. Азотирование титана ВТ1-0 в несамостоятельном тлеющем разряде низкого давления в различных газовых средах / Ю.Х. Ахмадеев, Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, И.В. Лопатин, П.М. Щанин //

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2008.-№2.-С. 108-112.

118. Коваль, H.H. Влияние состава плазмообразующего газа на процесс азотирования в несамостоятельном тлеющем разряде с полым катодом большого размера / H.H. Коваль, П.М. Щанин, Ю.Х. Ахмадеев, И.В. Лопатин, Ю.Р. Колобов, Д.С. Вершинин, М.Ю. Смолякова // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2012. - № 2. -С. 62-67.

119. Лопатин, И.В. Азотирование образцов титановых сплавов в плазме тлеющего разряда с полым катодом / И.В. Лопатин, Ю.Х. Ахмадеев // Научные ведомости Белгородского государственного университета. - 2011. -Вып. 22. - № 5(100). - С. 180-186.

КИНЯЖОКИсШ

I TAG Ltd. _____

8-2 Kamisuwa Tsubame-shi, Niigata-ken 959-0181 Japan

Tel.: [phone] Fax.: [phone] Octobcr 8. 2013

To whom it may concern:

This is to confirm that ion-plasma setup "DUET" developed and made by High current electronics institute of Siberian branch of Russian Academy of Science is used in ITAC ltd. for experiments on plasma treatment ofmaterials surface.

Vice Director of ТТЛС ltd.

I : '

Kukhta V.R.

v!adimir_koukhta@itac-j cojp

шттт |ufjr_.трпи

В Иг ШшнШ CfiiiTios к г г;;.

10S 1 Meverside Drive, Unit *3, Mississauea, Ontario.

«V "

Canada. I.5T 1.Y14

Tel; 905-564-5533 Fax:[phone]

Kniail: p%dhightcchcoating'a.bellnet.ca

October 9. 2013 To whom it may concern:

This is to confirm that ion-plasma setup "QADRO" developed and made by High current electronics institute of Siberian branch of Russian Academy of Science is used in PVD Hi-tech coating inc. for experiments on plasma treatment of materials surface and mass production.

#f oH С$Ш0Г of PVD Hi-tech coating inc.

......../ )

f^/ // ,/

Q: ONTARIO J^i 'Д//' - с • .

Q-; CORPORATION; P-f-iU-'___-__Scredinm A.

......... .tf